CN102540422B - 微型投影镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型投影镜头，包含有自成像侧至像源侧依序排列设置的第一镜群、第二镜群，及第三镜群，其中，该第一镜群具有正屈光力，且具有有至少一非球面镜；该第二镜群具有负屈光力，且由玻璃材质的透镜所构成，其中具有至少一胶合透镜；该第三镜群具有正屈光力，且具有至少一非球面镜；藉以达成小型化且高光学效能的目的。

Description

微型投影镜头

技术领域

本发明与镜头有关，更具体而言，涉及一种微型投影镜头。

背景技术

近年来，随着科技的进步，利用投影机进行简报、视讯亦或是观赏节目的人越来越多。为了使投影机能更便于携带与使用，遂有业者研发出一种体积小、重量轻的微型投影机，以满足人们所期望的小型化产品，此将使得镜头的体积也据以被大幅地缩小。另外，除了小型化与轻量化外，也要能够具有更高的光学效能，才能使达成高分辨率和高对比的展现。因此，小型化和高光学效能，是微型投影机的镜头不可缺两项要件。

然而，目前微型投影机所采用的镜头，为达高光学效能，不外乎使用了多组的镜群，更甚者其透镜总合更多于十片以上，因此而无法达到真正的小型化与轻量化。再者，亦有为达使镜头小型化的目的，而仅使用数片透镜，却使得其光学校能无法有效得到提升。因此，综合以上所述，已知用以微型投影机的镜头仍未侦完善，且尚有待改进之处。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中微型投影机的镜头无法兼顾小型化和高光学效能的缺陷，提供一种微型投影镜头，体积小且光学效能高。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种微型投影镜头，包含有自成像侧至像源侧依序排列设置的第一镜群、第二镜群，及第三镜群。

为提升成像质量，该第一镜群具有正屈光力，且具有至少一非球面镜。

为降低色差，该第二镜群具有负屈光力，且由玻璃材质的透镜所构成，其中具有至少一胶合透镜；

为提升成像质量与矫正场曲，该第三镜群具有正屈光力，且具有至少一非球面镜。

实施本发明的微型投影镜头，具有以下有益效果：具有体积小型化及成像质量更佳的特性，而能符合人们对微型投影机所期望的需求。

附图说明

图1为本发明第一实施例的微型投影镜头的镜片配置图；

图2为本发明第一实施例的光路图；

图3A为本发明第一实施例的场曲表示图和畸变表示图；

图3B为本发明第一实施例的离焦调制传递函数图；

图3C为本发明第一实施例的空间频率调制传递函数图；

图4为本发明第二实施例的微型投影镜头的镜片配置图；

图5为本发明第二实施例的光路图；

图6A为本发明第二实施例的场曲表示图和畸变表示图；

图6B为本发明第二实施例的离焦调制传递函数图；

图6C为本发明第二实施例的空间频率调制传递函数图；

图7为本发明第三实施例的微型投影镜头的镜片配置图；

图8为本发明第三实施例的光路图；

图9A为本发明第三实施例的场曲表示图和畸变表示图；

图9B为本发明第三实施例的离焦调制传递函数图；

图9C为本发明第三实施例的空间频率调制传递函数图。

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，兹举较佳实施例并配合附图详细说明如后。

图1是本发明第一实施例的微型投影镜头1的镜片配置图，图2为图1所示实施例的光路图，配合第图1及图2，以下将详细说明本发明第一实施例的微型投影镜头1。

该微型投影镜头1包含有沿光轴Z设置并自成像侧至像源侧依序排列设置的第一镜群G11、光圈STO1、第二镜群G12以及第三镜群G13。其中：

该第一镜群G11具有正屈光力，且具有第一透镜L11与第二透镜L12，该第一透镜L11为具有负屈光力的塑料非球面凸凹透镜，其凸面S1向成像侧，且其凸面S1与凹面S2皆为非球面；该第二透镜L12为具有正屈光力的塑料非球面凸凹透镜，其凸面S3向成像侧，且其凸面S3与凹面S4皆为非球面。藉此利用第二透镜L12的正屈光力做为第一镜群G11正屈光力的主导。且该二透镜L11、L12满足下列条件：0.4＜f2/F12＜0.95，藉以达到改善成像质量与减少色差的目的。其中，f2为该第二透镜L12的有效焦距，F12为该第一透镜L11与该第二透镜L12的合成焦距。

该第二镜群G12具有负屈光力，且具有第三透镜L13与第四透镜L14，该第三透镜L13为具有负屈光力的玻璃透镜，该第四透镜L14为具有正屈力的玻璃透镜，并以该第三透镜L13的负屈光力做为该第二镜群G12负屈光力的主导，且该第三透镜L13与该第四透镜L14胶合成胶合透镜L134，并满足下列条件：0.1＜f3/F34＜0.5，藉以达到消除色差与扩束功能的目的。其中，f3为该第三透镜L13的有效焦距，F34为该胶合透镜L134的合成焦距。

该第三镜群G13具有第五透镜L15，该第五透镜L15为具有正屈光力的塑料透镜，且其双面S9、S10皆为非球面，用以辅助强化该第一镜群G11的成像能力，并可矫正场曲与非点收差，藉以提升该微型投影镜头1的成像质量。

另外，该第三镜群G13至像源侧间更依序设有滤光片CF1与分光镜BS1，其功用属现有技术，于此便不再赘述。

本发明第一实施例的微型投影镜头1的焦距(Focus Length)、数值孔径(F-number)、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径(radius ofcurvature)、各镜片于光轴Z上的厚度T(thickness)、各镜片的折射率Nd(refractive index)及各镜片的阿贝系数Vd(Abbe number)，如表一所示：

表一

本实施例的各个镜片中，这些非球面表面S1、S2、S3、S4、S9及S10的表面凹陷度z由下列公式所得到：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{\frac{1}{2}}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}+{\mathrm{Fh}}^{14}+{\mathrm{Gh}}^{16}$

其中：

z：非球面表面的凹陷度；

c：曲率半径的倒数；

h：表面的孔径半径；

k：圆锥系数；

A～G：表面的孔径半径h的各阶系数。

在本实施例中，各个非球面表面的圆锥系数k(conic constant)及表面孔径半径h的各阶系数A～G如表二所示：

表二

藉由上述的镜片及光圈配置，使得本实施例的微型投影镜头1不但可有效缩小体积以小型化的所需求，在成像质量上也可达到要求，这可从图3A至图3C看出。

图3A所示的，是本实施例的微型投影镜头1的场曲图及畸变图；图3B所示的，是本实施例的微型投影镜头1的离焦调制传递函数图(Through FocusMTF)；图3C所示的，是本实施例的微型投影镜头1的空间频率调制传递函数图(Spatial Frequency MTF)。从图3A可看出，本实施例的最大场曲不超过0.08mm和-0.04mm，畸变量不超过2％。从图3B可看出，本实施例无论在哪个视场位置都具有良好的分辨率。从图3C可知，本实施例在66lp/mm的时侯，其调制光学传递函数值仍维持在50％以上，显见本实施例的微型投影镜头1的分辨率是符合标准的。

以上所述的，是本发明第一实施例的微型投影镜头1；依据本发明的技术，以下配合图4和图5说明本发明的第二实施例。

与第一实施例相同地，本发明第二实施例的微型投影镜头2包含有沿光轴Z设置并自成像侧至像源侧依序排列设置的第一镜群G21、光圈STO2、第二镜群G22、第三镜群G23、滤光片CF2以及分光镜BS2。其中，该第一镜群G21具有正屈光力；该第二镜群G22具有负屈光力；该第三镜群G23具有正屈光力。

该第一镜群G21包含有第一透镜L21与第二透镜L22，该第一透镜L21为具有负屈光力的塑料非球面凸凹透镜，且其凸面S1与凹面S2皆为非球面；该第二透镜L22为具有正屈光力的塑料非球面凸凹透镜，且其凸面S3与凹面S4皆为非球面。且为达改善成像质量与减少色差的目的，该二透镜满足0.4＜f2/F12＜0.95，其中，f2为该第二透镜L22的有效焦距，F12为该第一透镜L21与该第二透镜L22的合成焦距。

该第二镜群G22包含有第三透镜L23与第四透镜L24，该第三透镜L23为具有负屈光力的玻璃透镜；该第四透镜L24为具有正屈光力的玻璃透镜，且该二透镜胶合成胶合透镜L234，并为达到消除色差与扩束功能的目的，该二透镜满足0.1＜f3/F34＜0.5，其中，f3为该第三透镜L23的有效焦距，F34为该胶合透镜L234的合成焦距。

该第三镜群G23包含有第五透镜L25，该第五透镜L25为具有正屈光力的塑料透镜，其双面S9、S10皆为非球面，用以辅助强化该第一镜群G21的成像能力，并可矫正场曲与非点收差。

本发明第二实施例的微型投影镜头2的焦距(Focus Length)、数值孔径(F-number)、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径(radius ofcurvature)、各镜片于光轴Z上的厚度T(thickness)、各镜片的折射率Nd(refractive index)及各镜片的阿贝系数Vd(Abbe number)，如表三所示：

表三

本实施例的各个镜片中，这些非球面表面S1、S2、S3、S4、S9及S10的表面凹陷度z由下列公式所得到：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{\frac{1}{2}}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}+{\mathrm{Fh}}^{14}+{\mathrm{Gh}}^{16}$

其中：

z：非球面表面的凹陷度；

c：曲率半径的倒数；

h：表面的孔径半径；

k：圆锥系数；

A～G：表面的孔径半径h的各阶系数。

在本实施例中，各个非球面表面的圆锥系数k(conic constant)及表面孔径半径h的各阶系数A～G如表四所示：

表四

藉由上述的镜片及光圈配置，使得本实施例的微型投影镜头2不但可有效缩小体积以小型化的所需求，在成像质量上也可达到要求，这可从图6A至图6C看出。

图6A所示的，是本实施例的微型投影镜头2的场曲图及畸变图；图6B所示的，是本实施例的微型投影镜头2的离焦调制传递函数图(Through FocusMTF)；图6C所示的，是本实施例的微型投影镜头2的空间频率调制传递函数图(Spatial Frequency MTF)。从图6A可看出，本实施例的最大场曲不超过0.05mm和-0.03mm，畸变量不超过2％。从图6B可看出，本实施例无论在哪个视场位置都具有良好的分辨率。从图6C可知，本实施例在66lp/mm的时侯，其调制光学传递函数值仍维持在40％以上，显见本实施例的微型投影镜头2的分辨率是符合标准的。

另外，请再参阅图7及图8，为本发明第三较佳实施例的微型投影镜头3。与前述各实施例相同，该微型投影镜头3包含有沿光轴Z设置并自成像侧至像源侧依序排列设置的第一镜群G31、光圈STO3、第二镜群G32、第三镜群G33、滤光片CF3以及分光镜BS3。其中，该第一镜群G31具有正屈光力；该第二镜群G32具有负屈光力；该第三镜群G33具有正屈光力。

该第一镜群G31包含有第一透镜L31与第二透镜L32，该第一透镜L31为具有负屈光力的塑料非球面凸凹透镜；该第二透镜L32为具有正屈光力的塑料非球面凸凹透镜，且该二透镜L31、L32的凸面S1、S3与凹面S2、S4皆为非球面；为达改善成像质量与减少色差的目的，该二透镜L31、L32亦同样满足0.4＜f2/F12＜0.95，其中，f2为该第二透镜L32的有效焦距，F12为该第一透镜L31与该第二透镜L32的合成焦距。

该第二镜群G32包含有第三透镜L33与第四透镜L34，该第三透镜L33为具有负屈光力的玻璃透镜；该第四透镜L34为具有正屈光力的玻璃透镜，且该二透镜胶合成胶合透镜L334。为达到消除色差与扩束功能的目的，该二透镜L33、L34亦同样满足0.1＜f3/F34＜0.5，其中，f3为该第三透镜L33的有效焦距，F34为该胶合透镜L334的合成焦距。

不同的是，该第三镜群G33的第五透镜L35为具有正屈光力的玻璃非球面透镜，其双面S9、S10皆为非球面，用以辅助强化该第一镜群G31的成像能力，并可加强矫正场曲与非点收差。

本发明第三实施例的微型投影镜头3的焦距(Focus Length)、数值孔径(F-number)、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径(radius ofcurvature)、各镜片于光轴Z上的厚度T(thickness)、各镜片的折射率Nd(refractive index)及各镜片的阿贝系数Vd(Abbe number)，如表五所示：

表五

本实施例的各个镜片中，这些非球面表面S1、S2、S3、S4、S9及S10的表面凹陷度z由下列公式所得到：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{\frac{1}{2}}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}+{\mathrm{Fh}}^{14}+{\mathrm{Gh}}^{16}$

其中：

z：非球面表面的凹陷度；

c：曲率半径的倒数；

h：表面的孔径半径；

k：圆锥系数；

A～G：表面的孔径半径h的各阶系数。

在本实施例中，各个非球面表面的圆锥系数k(conic constant)及表面孔径半径h的各阶系数A～G如表六所示：

表六

藉由上述的镜片及光圈配置，使得本实施例的微型投影镜头3不但可有效缩小体积以小型化的所需求，在成像质量上也可达到要求，这可从图9A至图9C看出。

图9A所示的，是本实施例的微型投影镜头3的场曲图及畸变图；图9B所示的，是本实施例的微型投影镜头3的离焦调制传递函数图(Through FocusMTF)；图9C所示的，是本实施例的微型投影镜头3的空间频率调制传递函数图(Spatial Frequency MTF)。从图9A可看出，本实施例的最大场曲不超过0.04mm和-0.04mm，畸变量不超过2％。从图9B可看出，本实施例无论在哪个视场位置都具有良好的分辨率。从图9C可知，本实施例在66lp/mm的时侯，其调制光学传递函数值仍维持在50％以上，显见本实施例的微型投影镜头3的分辨率是符合标准的。

由以上的详细说明可知，本发明的微型投影镜头确实具有体积小型化及成像质量更佳的特性，而能符合人们对微型投影机所期望的需求。

以上所述仅为本发明数个较佳可行实施例而已，举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为的等效结构及制作方法变化，理应包含在本发明的专利范围内。

Claims (6)

1.一种微型投影镜头，其特征在于，

由自成像侧至像源侧依序排列设置的第一镜群、第二镜群，及第三镜群组成；其中，

该第一镜群具有正屈光力，且具有至少一非球面镜；

该第二镜群具有负屈光力，且由玻璃材质的第三透镜和第四透镜胶合成的胶合透镜所构成；

该第三镜群由具有正屈光力的第五透镜构成，且具有至少一非球面；

该第一镜群由第一透镜与第二透镜组成，并满足0.4<f2/F12<0.95，其中f2为该第二透镜的有效焦距，F12为该第一透镜与该第二透镜的合成焦距。

2.如权利要求1所述的微型投影镜头，其特征在于，该第一透镜与该第二透镜皆为塑料非球面镜。

3.如权利要求1所述的微型投影镜头，其特征在于，该第三透镜具有负屈光力，以及该第四透镜具有正屈光力。

4.如权利要求1所述的微型投影镜头，其特征在于，满足0.1<f3/F34<0.5，其中f3为第三透镜的有效焦距，F34为该第三透镜与该第四透镜的合成焦距。

5.如权利要求1所述的微型投影镜头，其特征在于，该第五透镜的两面皆为非球面。

6.如权利要求1所述的微型投影镜头，其特征在于，更包含有光圈，形成于该第一镜群与该第二镜群之间。